試行錯誤のためのページ


試行錯誤中のメモ。


G計画


高性能MDについての検討。

高性能なモータドライバといえば、

こいつ、動くぞ。
→大電流可(50Aover)、低電圧動作可(3Vdrive)。

あとは機械がやってくれるわ。
→角度制御のためのフィードバック端子。

身体が軽い!
→部品総数が少ない、または重量が軽い。

MDは何度でも甦るさ!
→作りやすい、直しやすい、取り替えやすい。


さて、どんなドライバがお好みかな?


んで、どれ作る?

フルNchブリッジドライバ
  • high側の動作が命。
  • ショートブレーキできない

pnFETドライバ
  • ショートブレーキできる
  • PWM可、ただし高周波動作ができない

電磁リレードライバ
  • PWM不可
  • 大電流対応可

リレーFETドライバ
  • PWM可
  • リレーが重い


で、2009はリレーFETドライバを作ったわけだが。
  • プリント基板による設計
  • 重い
  • 原因不明の誤作動

じゃあ、どんなドライバを作ろうか。


加速性能に関する考察


意外と難しい加速に関する考察。

もっとも簡単な例でいえば、タイヤではなく直動機構ですが。
タイヤに関して最大の加速性能を発揮する条件を考えていくよ。

バッテリから本体の動きまでどのような仕組みでエネルギが変化していくかを考える。

バッテリは電圧によって電力を保持している。

電力の伝達は導線によって行い、モータドライバによって制御する。

電力はモータによって回転運動に変化する。

回転運動はギアによって損失分を失いながらエネルギを別の回転運動に変化させる。

そして最後にタイヤによって直線運動に変化させる。

つまり、エネルギの変化を数段階行っていることになる。

基本的にエネルギの変化時には損失があるため、極力エネルギ変換は行わないことが望ましい。
(それでもリニアガンなど変換回数が少ないのに効率が低いものもある)

さて、各エネルギの損失をまとめていくよ。

1.電池
電池には内部抵抗があり、電流に比例して損失が発生する。
この内部抵抗は温度によっても変化する。
基本的には温度が高いほど化学変化が起きやすいため、
ある程度温めることで出力をあげられる可能性がある。

2.導線
導線には必ず抵抗があり、線の断面積に反比例し、長さに比例する。
よって短く太くは効率改善の基本となる。
1m以上ともなれば、基本的に抵抗が無視できないレベルになってくる。
太さによるが、0.1Ω以上は想定していい。

3.モータドライバ
意外と効率が出せない原因の一つ。
加速性能のためには素早い切り替えが必要となるが、
FETはゲートソース間電圧によりドレインソース間抵抗を変化させるため、
ゲートソース間電圧を急激に上昇させる必要がある。
そのためには高速で高電流を出力可能な素子を使用する必要があるが、
実は高速高出力素子は消費電力が大きいといった弱点もある。
ゲートソース間電圧が上がりきっていない場合は電流が流れても抵抗値が高い状態となり、
熱損失が大きい原因となる。
また、オン抵抗は10mΩと意外と大きい。
Hブリッジでは2個直列になるため、2倍と考えていい。

4.モータ
おそらく一番効率が出せない要素。
自らのトルクと回転数によって効率と出力が変化してしまい、
特に出力が変化していることから加速性能に大きな影響を与えてしまう。

5.ギア
機械側の人たちがよく気にするがわかってない場所。
ギアの慣性モーメントは本体の質量と同じような扱いができる。
そのため重いギアを使えばその分加速性能は下がっていく。
また慣性モーメントは回転数の二乗に比例するため、
トルクを出せないために高速で伝達しようとする箇所では影響が大きい。

6.タイヤ
効率を下げてグリップ力をあげる要素。
真円に近いほど効率は上がっていくが、
摩擦力はより物質の特性に依存していくことになる。
また摩擦力はロボットの最大加速に影響しているため、
加速はすべてこの摩擦力で決定するといっても過言ではない。
タイヤを柔らかくしていくことで、効率が下がる代わりに摩擦力を増やすことは可能。


7.運動エネルギ
結局のところ加速によりエネルギは運動エネルギへと変化する。
ご存じのとおり運動エネルギは質量×速さの二乗なので、
少ないエネルギで大きな加速を得るためには質量を下げるしかない。

以上のことから、
摩擦力を基準として、他の場所を設計していくことが加速の基本となるだろう。
もし十分な摩擦が得られているのであれば、他の要素の効率を上げていくしかないだろう。











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